DMX512信号线

DMX-512协议
（1）DMX-512协议简史
20世纪80年代初，随着计算机技术的发展，数字调光技术逐步出现并逐步取代模拟调光技术，相继出现各种数字传送形式的通信协议，如D54、A V AB、CMX、PMX和EMX等。

这些协议，虽然大多利用RS-232或RS-422标准的物理接口，但不同厂商之间还是存在一定的差异，不能通用。

为了使各厂商生产的调光台和调光器能相互连接，USITT于1986年制定了专门用于控制台与调光器之间数据通信的标准DMX-512（1987）。

协议很快就到世界各国灯光设备厂商的响应。

1990年USITT又对DMX-512协议作了修改和补充，成为DMX-512/1990。

DMX-512/1990协议的全称是《DMX-512/1990 Digital Data Transmission Standard For Dimmer And Controllers(调光器与控制台用数据传输标准）》，它就是目前正在执行的版本。

此后，著名的美国娱乐业服务与技术协会ESTA（Entertainment Services and Technology Association,)又加入了DMX-512协议的修订工作，2002年10月25日，ESTA发布了修订后的DMX-512标准草案，简称为DMX-512-A。

新标准在保护、安全、兼容性等方面作了较多的修改，允许实现双向数据传输，新标准完全向下兼容，即按DMX-512-A标准生产的设备完全可在DMX-512/1990协议下工作。

（2）DMX-512的相关设备与工艺
DMX是digital multiplex(数字多路复用）的英文缩写，512表示一对数据线上可同时传输512个通道的调光控制信号。

该标准对信号传输的相关电气特性、数据格式、数据协议、插接件和线缆等方面作了规定。

DMX-512标准定义下，512路灯光控制号可以用一对信号线传输，另外还有一根额外的电线作为参考“信号地”。

DMX的两根信号线分别叫“DMX—"和"DMX+",两根DMX信号线和普通线绞合在一起，形成外部屏蔽，以减少感应干扰。

目前常用的DMX信号插接件为5芯的XLP传声器插头和插座。

DMX允许的有效传输距离为250m。

条件是使用优质信号线。

合格的DMX信号线要求导体截面积约0.34mm2,阻抗120Ω，带金属网状屏蔽层。

建议选用两对绞线加屏蔽线的信号线，因为有些设备要双向传输信号或供电，剩下的一对绞线也可作备用之需，为防止电磁干扰，DMX线路应远离电力电缆，尤其是调光器的强电电缆不应与DMX 信号电缆敷设在同一个线管或线槽中。

DMX-512协议要求使用5芯插接件，一般只用其中3芯。

绝大多数生产商都采用5芯插接件，只有Martin(马田）、HIGH-END(灯浪）等产品采用3芯插接件。

3芯插接件的1引脚接地，2引脚为数据码线（黑色，一反相），3引脚不控制数据线（白色，+丰反相）。

5芯插接件余下的2芯一般作不备用，也有的厂家用4芯和5芯来传输失效信息和反馈灯具目前的状态。

插头/插座的外形和引脚定义如图
各种接收DMX信号的设备都有一DMX输入的IN端口和一个用于并接下一设备的THRO端口，并具有起始地址的设置装置，如二进制DIP开关、十进制旋转开关、带有显示的数字按钮及起始回路设置处理部分。

设备的连接为菊花链形式。

一个DMX-512输出端口可以控制512个控制通道，但由于传输器件的限制一般最多只能驱动32个接收设备，如超过32个设备需使用DMX信号放大器。

如前所述，DMX信号的最大传输距离在使用标准线缆的情况下约为300m,超过此距离，应加入放大器。

如线缆质量低下，传输距离会大大缩短。

因此在实际应用中，为了保证系统能可靠地工作，除用质量较好的线缆外，传输距离为200m左右应加入信号放大器。

由于DMX-512的传输速率高达250kbit/s，根据电子理论，为了消除电波在传输中的反射，达到可靠传输数据的目的，应在最后一个接收设备的THRO端接入一个阻抗约为120Ω、功率不小于0.25W(或收1/4W)的终端器。

在DMX信号发生、传输、分配处理、转换和实施控制的过程中，需有各种设备的配合，这些设备统称为DMX相关设备。

下面介绍几种常用的DMX相关设备。

①DMX发送器：一个DMX系统至少配置一个发送器和一个接收器。

DMX发送器是产生DMX信号的设备，通常包含在调光台、电脑灯控制台、换色器控制里面。

图6-51是英国ARTISTIC公司的DMX测试器，它主要功能是测试输入DMX信号的时序与标准DMX-512信号之间的偏差情况，同时它带有一个通道的DMX信号输出口，用作测试带DMX接口的灯具和调光器等，因此其结构里面也同时包括了一个典型的DMX发送器。

②DMX接收器：任何一个可以被DMX信号有效控制的设备（如调光器、电脑灯、换色器等）都包含一个DMX 接收器。

为了让接收器准确接收到从DMX发送器发出的信息，需要选择DMX信号的起始地址。

设备的地址选择一般包括三个旋转编码开关：一个开关选择个位，一个开关选择十位，第三个选择百位，如图6-52所示。

有些厂家使用的开关选用二进制编码的十进制数（BCD)信息。

BCD是一种用二进制形式来表达十进制数的方法，例如十进制数3就是BCD0011，十进制数11用BCD来表示就是0011。

学计算机相关专业的都了解8421编码格式。

可以很快口算出来。

近年来更多产品采用LED数码管/液晶界面和选择按钮操作来选择DMX信号的起始地址。

大部分的接收器具有1个DMX接口，个别设备为了性能上的需要，具有2个或以上的DMX接口。

最典型的双DMX
接收器是双DMX输入调光器，可同时受两个DMX调光台控制，回路输出遵从
“大者优先”原则，如图6-53所示。

③DMX终端连接器：DMX终端连接器是一个吸收DMX反射信号的电阻器，反射信号可以抵消和破坏输入的DMX 信号的强度，严重时会导致DMX网络不能正常运行。

在两根数据线末端采用DMX终端连接器，则可以使用网络无限延长。

在传输距离短、接收设备少的条件下，不接入DMX终端连接器有时也能正常工作。

电阻器的阻抗一般选择在90～150Ω。

最好使用120Ω的DMX终端连接器。

DMX终端连接器应用在每根数据线的末端，可以是最后一个电脑上或者硅柜电缆的末端。

④信号分配放大器：DMX调光网络使用信号分配放大器（DA）的目的是可以发送多路不同的DMX信号。

在DMX 信号连接中，当线路超过300m（放宽一些到500m)或接收设备超过32个时，需要有中继放大器来放大信号。

各厂商不同功能的分配放大器一般都具备光电隔离和放大电路，各路信号完全分离，如果一路或者“一个区域”的DMX 调光网络出现问题时，不会影响到其他设备的正常使用。

例如：转发器（repeater）—又称为缓冲放大器，起隔离和提高DMX信号电平作用；分路放大器（splitter)——起放大和分路作用，可向不同方向发送多路的DMX信号，也称为分配放大器（distribution amplifiers或booster)的类似产品。

DMX信号分配放大器通常有一路DMX信号输入，四路、六路、或八路DMX独立输出，每个输出口配一个5芯音频阴座，如图6-55所示。

有些放大器还有指示显示DMX信号是否存在，放大器的每路输出是否都正常。

⑤DMX信号合并设备：DMX信号合并设备又称“二合一”设备。

它可以将两个不同的DMX信号“合并”在一起形成一种合成的DMX信号。

“二合一”设备的DMX信号输出遵守“大者优先”原则，在两个以上调光台需连接到DMX 网络时，例如主调光台和一个备份调光台连接起来，形成一种合成信号控制调光器和其他DMX设备时，就需要用到“二合一”设备。

“二合一”设备实际上是一台高速的单片计算机，能够高速处理两个512光路DMX数据组。

“二合一”设备通常和信号分配放大器一起放在中央配线箱里面。

一般的“二合一”设备只处理一组“二合一”信号，近期有些厂家为了适应日益扩大的演出规模，推出了2组、4组、6组和8组“二合一”设备。

⑥DMX D/A转换设备：某些剧场或演播室，购买了新的DMX信号输出调光台的同时需要保留部分模拟调光器。

这就需要将来自数字调光台的DMX信号转换为模拟控制信号，以匹配0～10V调光器的输入，组成所谓“半数字调光控制系统”。

国内、外很多厂家都生产这种DMX-模拟量的D/A转换设备。

可以将其做成标准机机架的产品，也可以做成插接件（转换板）的形式装到原有的模拟调光器内部。

这类设备又被称为DMX解码器。

⑦协议转换器：在20世纪80年代和90年代早期，人们普遍应用DMX-512标准之前，国外很多生产厂家一直生产着带有各自协议的产品。

这些产品也有部分应用到我国的演播室。

有些用户想要保留这些设备，然而又希望这些旧的设备能够连接新的DMX设备。

为了满足这些要求，国外的些厂家生产出各种协议转换器。

协议转换器可以接收多个协议，并将它们转换成为DMX协议或者接收DMX然后转换为其他的协议。

通常需要转换的协议有Colortran 公司的CMX、ADB公司的S20和Strand 公司的D54等协议。

⑶DMX-512信号的数据格式
DMX-512信号的数据格式如图6-56所示：以帧为单位，每帧数据由同步头和512B组成，按串行方式进行数据发送和接收，数据传输速率为250kbit/s。

DMX-512信号的同步头告诉接收设备：后面有512B的串行数据发送过来，请做好接收准备工作。

对于调光控制系统（如舞台基础照明用的聚光灯、泛光灯），每一个字节的数据表示调光亮度值，用2位十六进制数表示（从00H～FFH),其中00H表示0%，FFH表示100%。

第一个字节表示第一路亮度值，第二个字节表示第二路亮度值.....第512个字节表示第512路亮度值。

对于电脑灯，这512个数据表示另外一种含义（如颜色、图案、速度、角度），电脑灯型号不同，其数据组合方式也不同。

这是另外一个问题，将在电脑灯一章中讲述。

下面对DMX-512信号数据格式作进一步说明。

DMX-512协议可以较好地区分真正的信号噪声。

数字控制信号通过一个均衡的串行高速数据协议，以两个方向相反的电压值来传输：OV就等于逻辑“0”，而2.5～5V就等于逻辑“1”。

当一个信号被发送到一根电缆时，就有一个相等的反向信号被发送到另外一根电缆上。

接收设备可以区分两根电缆上电压的不同。

就算两根电缆上都有噪声产生，也可以产生一个抵消效果，从而使双绞线电缆的干扰相等。

因而DMX-512协议具备传输的高效性和接收的可
靠性。

DMX-512信号帧结构如图6-57所示。

DMX-512协议规定用250kbit/s传输速率传输回路控制信号，即发送图中各数字和符号含义如下：
①符号SYNC代表同步头，在每个DMX信息包头部，用于对数据进行接收检测，其电平为低电平，宽度为0.08～10ms；
②符号F为信息包分离位，其电平为高电平，宽度为≥4μs;
③符号S为信息包的厂商信息；
④符号D0～D7代表数据的第1～8位，其电平根据数据而定；
⑤符合R无具体意义，电平可高可低；
⑥符号E代表每个数据的停止位，其电平为高电平；
⑦空闲位电平须用软件置高（电平）。

一个二进制码（1个bit）需4μs的时间。

每路灯光信号数据用11个二进制码（11个bit）表示，前2位为起始码，后1位为停止位，中间8位为亮度数据，表示0～255的256级亮度。

每路灯光信号数据也称为1帧，发送1帧DMX 数据的时间为444μs。

DMX采用连续发送的方式发送数据，最多可是发送512路灯光亮度信号数据，512路灯光亮度信号数据又称为一个信息包或数据包，如图6-58所示。

信息包的第1帧称为起始的数据，用于表示厂商或其他功能。

第2帧是第1个回路有亮度数据，第3帧是第2个回路的亮度数据，依此类推，一直到最后发第512回路的亮度数据，因此共发513帧数据。

传送全部512路信号信息包至少需要22.66ms，即每秒最多可发送44个信息包。

第一个信息包发出之后，DMX-512协议规定线路必须发送最少连续两个完整的帧（最少884μs，一般为100～2004μs）低电平信号（又称同步信号）。

因为DMX不发送地址码，够确认哪一个数据是一个新信息包的开始，从而可以按设定接收相应的帧数据。

⑷数字信号的多路传输
DMX-512通信协议规定编码脉冲的时间间隔为4μs，由8bit脉冲组成一个码组，代表256个信号电平。

8bit组成一个字节（Byte)。

每台调光器的控制信号由一个8bit码组构成一个数据通道。

DMX-512信号最多可支持512个数据通道。

调光台提供各路调光器的数字控制信号并按顺序从调光台的通道1到最高通道编号连续周而复始循环发送信号。

为使接收装置（调光器）与发送信号同步，在一个由8bit组成的字节中，另外还有3bit加入到字节，它们一个作为开始位（低电平),另外两个作为停止位（高电平），发送这11bit组成的数据帖需花费的时间长度为4μs x 11=44μs。

图6-59所示为一个数据帧的结构。

如果线路上连续发送各调光器的这些数据帧（即各数据帧之间没有空闲间隙时间），那么每秒可发送4μs间隔的数据帧250000bit。

这就是DMX-512信号最高的数据传输速率，即250kbit/s。

为确认接收通道1（称为基准通道），在1～512个数据帧全部发送结束后还需设置一个“中断”标记信号，中断标记信号结束后再开始一个1～512通道数据帧的发送。

中断标记信号是一个88μs长度的连续低电平信号（这是两个完整数据帧的长度）。

在中断结尾还有一个称为“中断后的标志”(mark-after-break/m.a.b)的8μs长度的高电平信号。

跟随m.a.b后发送的是一个称为“开始码”（start-code)的44μs长度的字节，调光器把这个低电平字节数据作为零值。

零值开始码后跟随的是第1个调光器的8bit数据。

包括m.a.b在内的全部512个调光器的字节称为DMX-512信号的一个信息包，其结构如图6-60所示。

舞台灯光DMX512控制信号传输线
发布时间：2012.06.07 新闻来源：浏览次数： 41
自从舞台灯光控制进入数字时代以来，DMX512协议长期占据着舞台灯光控制协议的主导地位，成为每个舞台灯光工作者无不知晓的一项技术。

但在实际应用中，人们对于DMX512传输线的选择和使用显得十分混乱，使用不符合要求的信号传输线的现象普遍存在。

不但在临时性的流动演出中有，在剧场建设中也同样存在。

传输线是DMX512控制中的神经系统，它的质量直接影响控制信号的传输质量。

劣质传输线将威胁灯光控制的可靠性和稳定性，会给演出带来致命的伤害。

对剧场来说，系统布线更是“百年大计”的基础建设，人们应该给予更大的关注。

近年来，国内掀起了剧场建设的高潮，笔者参加了不少剧场的灯光设计方案评审和灯光工程、设备的评标，在评审中发现这一问题普遍没有得到应有的重视。

即使在一些国家级的重点工程中，问题也同样存在。

DMX512控制系统应该使用何种通讯电缆才能使系统可靠地工作？为什么必须采用专用的电缆？采用不规范的传输线为什么会产生问题？要解答这些问题首先要对DMX512协议有所了解。

DMX512是美国戏剧技术学会（USITT）制定的专门用于舞台灯光控制台与调光器之间数据通讯的协议标准，后来扩展到电脑灯、换色器等多种舞台设备的控制领域。

DMX512主要内容是对通讯的数据协议作出规定，其中与信号传输电缆直接有关的主要
内容有：
1. 通讯接口采用计算机通讯中通用的EIA-485标准，其电气特性完全参照EIA-485的规定。

2. DMX512协议信号传输速率为250kbps。

下面对DMX512信号的可靠传输和应使用的线材进行分析。

长线问题
在无线电理论基础中有一个长线理论，所谓“长线”是指传输线的长度可以与沿该传输线传播的电流波长相比拟时的线路。

通常认为传输线的长度大于十分之一波长（l > ——l）时，即可认为是长线（也有人认为l > ——l 就是长线）。

因此长线并不一定是一条很长的线。

如目前普通个人计算机的CPU的主频已经达到了千兆赫兹（G，109）数量级，主板的外频也相应达到了一、二百兆，因此小小的印刷线路板在设计时也要考虑长线问题。

在长线情况下，一些普通的电路原理就不再适用，需要使用专门的传输线理论来分析。

DMX512控制信号的传输速率为250kbps ，即每秒发送25万个二进制码，换句话说就是每秒发送25万个矩形脉冲。

根据信号的频谱分析理论可知，矩形脉冲含有大量的高次谐波，即使只以其中频率最低的基波以及l > ——l 的条件来计算，当频率为250kHz时，波长为1200m，那么传输线大于120m就应视为长线。

实际上其谐波是不容忽略的，这样这一距离就更短。

因此DMX信号的传送必须作为长线来处理。

在普通线路中，电路的电容集中在电容器中，电感集中在线圈中，电阻集中在电阻器中，虽然导线的电阻是分布参数，但也常常将其等效视为一个普通的电阻器，这就是所谓的集中参数电路。

在集中参数电路中，每一指定的瞬间，沿传输线的各点的电压、电流都是相同的，可以从传输线上的任何一点所发生的过程来判断传输线上发生的现象，即电压和电流只是时间的函数，与电路中的位置无关。

但在长线情况下，必须考虑其分布参数，线路的每一小段都具有电阻、电容、电感和电导。

所以长线应看作是由许许多多四端网络的线单元连接起来的，每一四端网络里均有该线单元的电阻R、电感L、电容C和电导G（如图1）。

长线的特性由它的分布参数R、L、C和G决定。

现在已有2.4G的无线DMX512连接器在逐步进入使用.。